电动自行车用高性能无刷电机和驱动系统钻具

2020-01-07 03:44

最近,一项美国专利介绍了一种电动车辆用高性能无刷电机和驱动系统。该发明的概要内容是:关于一种低成本的电路系统,其组成为一种新的直流无刷永磁电机及其电子驱动系统,可为电动车辆提供转矩变化平滑的高效率动作,适用于电动的自行车、轮椅、踏板车、三轮车、高尔夫车以及各种小型经济车辆。在电动车辆的多种应用中,不论在电动机(驱动)模式或是发电机(充电)模式工作状态下都需要提供高起动转矩以确保在可变的速度下运行。在此类应用中特别适宜采用无刷直流电机。为了降低电子电路系统及各种传感器的数量等的成本,较好的方式是对电机绕组的相位以方波电流供电。而电机的转矩则以简单的电流调节方式而相位电压则用斩波式脉宽调制技术(PWM)加以控制。这种无刷直流电机控制方式的组成应包括:永磁直流电机、电源电子供电部件、电机转子位置检测器、电流测量系统、电流调节系统、由电流测量系统馈电的电流控制电路、一个转矩参数电路或电流参数电路等。电流控制电路与电源电路联接以控制电动机的转矩。该系统可工作于电动机工作模式或发电机工作模式。当电动车辆运行在刹车状态时,能量被回收转而对电池充电。电动机及其电子电路系统可由一个或多个电池供电。车辆的车轮驱动可以用直接驱动以提高效率或者配置减速器以减小电机尺寸。其解决方案是采用一个永磁三相电机,它可以达到标称转矩的4倍。此种电机结构其外圈为转子,易于安装在车轮上。它可作为电动机或者发电机工作。在刹车时可以回收能量,使转为电能而对电池充电或对其他部件供电。此种结构的电机由脉宽调制的电流转换器控制供电。操作人员可对电动机或发动机工作状态通过设置某个参数电流基准从而控制电机部件的转矩大小。交变相位的电流波形为矩形,相位差120°。此种类型是最简单的、可实行的电机供电方式,可以降低控制系统的成本及传感器的数量。电机的每一个槽中只有一个绕组线圈,从而可以简化转子位置传感器(霍尔检测元件)的安装。此传感器安装于气隙边上,可通过永磁铁漏磁通量,检测出转子的位置。电机所采用的结构可使单位体积绕组的电机启动转矩和能量效率趋于最大,减小绕组的铜体积,从而使其焦尔(热)损耗减为最小。从电动机的磁极数与绕组的槽数的最小公倍数可知,电机每转一圈将出现的齿槽效应为22,槽数为24,每旋转一圈将出现264个转矩脉冲,因此,齿槽效应转矩幅度极低,小于标称转矩的3%。该驱动系统提供了一种特定的变换器控制系统,可以降低电压应用中的换向损耗、二极管导通损耗、电流纹波、输入电容器的尺寸以及电磁干扰等问题。该驱动系统采用了一种特定的单个开关调制技术。调制信号仅加至由转子位置检测器检测到的各个工作序列时的单个三极管,而另一个三极管则在此导通序列期内始终处于导通状态。这种单个开关调制方法最大程度地提高了电子供电系统的效率,同时实现了电流调节而不需增加任何外部的电流传感器。

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